近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所激光與紅外材料實驗室在快響應(yīng)LuAG:Ce閃爍陶瓷方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《美國陶瓷協(xié)會期刊》（Journal of the America Ceramic Society）。
LuAG:Ce閃爍陶瓷由于其優(yōu)異的閃爍性能，被認(rèn)為是一種非常有應(yīng)用前景的閃爍體材料。近年來LuAG:Ce陶瓷閃爍體表現(xiàn)出的優(yōu)異的抗輻照損傷性能，引起了高能物理領(lǐng)域的關(guān)注。但材料中存在的本征的或其他雜質(zhì)缺陷，使其實際光輸出遠(yuǎn)低于理論值，閃爍過程中存在著慢發(fā)光分量。針對這個問題，Mg2+共摻雜已經(jīng)被證實是可以提高LuAG:Ce陶瓷的閃爍性能的方法之一。且在LuAG中Ca2+離子進(jìn)入十二面體格位所需的能量比Mg2+離子所需能量更低。
基于此，研究團(tuán)隊制備了一組Ca2+離子梯度摻雜的LuAG:Ce陶瓷，摻雜濃度在0-0.5at%范圍內(nèi)，并對制備陶瓷的性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在所有Ca2+離子摻雜的樣品中均看到了Ce4+離子的存在，且陶瓷樣品中缺陷引起的熱釋光峰強度也顯著降低，因此LuAG:Ce,Ca陶瓷的光產(chǎn)額相比于未摻雜樣品來說均有所提升，快發(fā)光分量占比也增加。尤其是Ca2+-0.2at%的樣品，其光產(chǎn)額達(dá)到24,400 ph/MeV，快發(fā)光分量占比接近90%，衰減時間快分量時間常數(shù)約為48 ns。但隨著Ca2+離子摻雜濃度增加，陶瓷發(fā)光熱猝滅的開始溫度逐漸向低溫方向移動，使得光產(chǎn)額降低。且Ca2+離子摻雜濃度高于0.3 at%時，由于Ca2+摻雜導(dǎo)致的晶格失配或者其他點缺陷等引起的熱釋光峰的強度開始升高，使得慢分量又開始增加。因此，綜合考慮陶瓷的光產(chǎn)額及衰減時間，其最佳摻雜濃度為0.2 at%。
相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金，中科院青促會等項目的支持。（激光與紅外材料實驗室供稿）
Fig. 梯度摻雜陶瓷樣品的吸收光譜（a），X射線激發(fā)發(fā)射譜（b）不同門寬下的光產(chǎn)額（c），衰減時間曲線（d），TSL曲線（e）以及不同溫度下X射線激發(fā)發(fā)射強度（f）。
